San hô

San hô là các động vật biển thuộc lớp San hô (Anthozoa) tồn tại dưới dạng các thể polip nhỏ giống hải quỳ, thường sống thành các quần thể gồm nhiều cá thể giống hệt nhau. Các cá thể này tiết ra cacbonat calci để tạo bộ xương cứng, xây nên các rạn san hô tại các vùng biển nhiệt đới.

Một 'đầu' san hô thực tế được tạo từ hàng ngàn cá thể polip có cấu tạo gen giống hệt nhau, mỗi polip chỉ có đường kính vài milimet. Sau hàng ngàn thế hệ, các polip này để lại một khung xương là đặc trưng về loài của chúng. Mỗi đầu san hô phát triển nhờ sự sinh sản vô tính của các polip. San hô còn sinh sản hữu tính bằng các giao tử, được giải phóng đồng thời trong một thời kì từ một đến vài đêm liên tiếp trong kì trăng tròn.

Tuy san hô có thể dùng các tế bào châm (nematocyst) tiết chất độc tại các xúc tu để bắt phù du, loại động vật này thu nhận phần lớn dưỡng chất từ loại tảo đơn bào cộng sinh có tên tảo vàng đơn bào (zooxanthella). Do đó, hầu hết san hô phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời và phát triển ở các vùng nước trong và nông, thường ở độ sâu không tới 60 m (200 ft). San hô có thể đóng góp lớn cho cấu trúc vật lý của các rạn san hô phát triển ở những vùng biển nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, chẳng hạn như rạn san hô Great Barrier ở ngoài khơi bang Queensland, Úc. Các loại san hô khác không cần đến tảo và có thể sống ở vùng nước sâu hơn, chẳng hạn các loài trong chi Lophelia nước-lạnh sống được tới độ sâu 3.000m ở Đại Tây Dương. Một ví dụ khác là Darwin Mounds ở phía tây nam Cape Wrath, Scotland. San hô còn được tìm thấy ở ngoài khơi bang Washington và quần đảo Aleutian ở Alaska, Mỹ.

Phát sinh loài

San hô nằm trong lớp Anthozoa và được chia thành hai phân lớp, tùy theo số xúc tu (tua cảm) hoặc những đường đối xứng, và một loạt các bộ tương ứng với kiểu xương ngoài, loại tế bào châm và phân tích di truyền ti thể. Phân lớp san hô với 8 xúc tu được gọi là san hô tám ngăn (Octocorallia) hay san hô mềm (Alcyonaria) và bao gồm các bộ san hô mềm (Alcyonacea), san hô sừng (Gorgonacea) và san hô lông chim (Pennatulacea). Những loài có nhiều số xúc tu lớn hơn 8 và là bội của 6 được gọi là san hô sáu ngăn (Hexacorallia) hay san hô tổ ong (Zoantharia). Nhóm này bao gồm các loài san hô đá (san hô tạo rạn) (Scleractinia), san hô tổ ong (Zoanthidea) và hải quỳ.

Cấu tạo

Tuy một đầu san hô trông như một cơ thể sống, nhưng nó thực ra là đầu của nhiều cá thể giống nhau hoàn toàn về di truyền, đó là các polip. Các polip là các sinh vật đa bào với nguồn thức ăn là nhiều loại sinh vật nhỏ hơn, từ sinh vật phù du tới các loài cá nhỏ.

Polip thường có đường kính một vài milimet, cấu tạo bởi một lớp biểu mô bên ngoài và một lớp mô bên trong giống như sứa được gọi là ngoại chất. Polip có hình dạng đối xứng trục với các xúc tu mọc quanh một cái miệng ở giữa - cửa duy nhất tới xoang vị (hay dạ dày), cả thức ăn và bã thải đều đi qua cái miệng này.

Dạ dày đóng kín tại đáy polip, nơi biểu mô tạo một bộ xương ngoài được gọi là đĩa nền. Bộ xương này được hình thành bởi một vành hình khuyên chứa calci ngày càng dày thêm (xem ở dưới). Các cấu trúc này phát triển theo chiều thẳng đứng và thành một dạng ống từ đáy polip, cho phép nó co vào trong bộ xương ngoài khi cần trú ẩn.

Polip mọc bằng cách phát triển khoang hình cốc (calices) theo chiều dọc, đôi khi chia thành vách ngăn để tạo một đĩa nền mới cao hơn. Qua nhiều thế hệ, kiểu phát triển này tạo nên các cấu trúc san hô lớn chứa calci, và lâu dài tạo thành các rạn san hô.

Sự hình thành bộ xương ngoài chứa calci là kết quả của việc polip kết lắng aragonit khoáng từ các ion calci thu được từ trong nước biển. Tuy khác nhau tùy theo loài và điều kiện môi trường, tốc độ kết lắng có thể đạt mức 10 g/m² polip/ngày (0,3 aoxơ/ yard vuông/day). Điều này phụ thuộc mức độ ánh sáng, sản lượng ban đêm thấp hơn 90% so với giữa trưa.

Các xúc tu của polip bẫy mồi bằng cách sử dụng các tế bào châm được gọi là nematocyst. Đây là các tế bào chuyên bắt và làm tê liệt các con mồi như sinh vật phù du, khi có tiếp xúc, nó phản ứng rất nhanh bằng cách tiêm chất độc vào con mồi. Các chất độc này thường yếu, nhưng ở san hô lửa, nó đủ mạnh để gây tổn thương cho con người. Các loài sứa và hải quỳ cũng có nematocyst. Chất độc mà nematocyst tiêm vào con mồi có tác dụng làm tê liệt hoặc giết chết con mồi, sau đó các xúc tu kéo con mồi vào trong dạ dày của polip bằng một dải biểu mô co giãn được gọi là hầu.

Các polip kết nối với nhau qua một hệ thống phức tạp gồm các kênh hô hấp tiêu hóa cho phép chúng chia sẻ đáng kể các chất dinh dưỡng và các sinh vật cộng sinh. Đối với các loài san hô mềm, các kênh này có đường kính khoảng 50-500 μm và cho phép vận chuyển cả các chất của quá trình trao đổi chất và các thành phần tế bào.

Ngoài việc dùng sinh vật phù du làm thức ăn, nhiều loài san hô, cũng như các nhóm Thích ti (Cnidaria) khác như hải quỳ (ví dụ chi Aiptasia), hình thành một quan hệ cộng sinh với nhóm tảo vàng đơn bào thuộc chi Symbiodinium. Thông thường, một polip sẽ sống cùng một loại tảo cụ thể. Thông qua quang hợp, tảo cung cấp năng lượng cho san hô và giúp san hô trong quá trình calci hóa. Tảo hưởng lợi từ một môi trường an toàn, và sử dụng dioxide cacbon và các chất chứa nitơ mà polip thải ra.

Sinh sản

Hữu tính

San hô chủ yếu sinh sản hữu tính, với 25% san hô phụ thuộc tảo (san hô đá) tạo thành các quần thể đơn tính trong khi phần còn lại là lưỡng tính. Khoảng 75% san hô phụ thuộc tảo 'phát tán con giống' bằng cách phóng các giao tử (trứng và tinh trùng) vào trong nước để phát tán các quần thể san hô ra xa. Các giao tử kết hợp với nhau khi thụ tinh để hình thành một ấu trùng rất nhỏ gọi là planula, thường có màu hồng và hình ôvan; một quần thể san hô cỡ trung bình mỗi năm có thể tạo vài nghìn ấu trùng này để vượt qua xác suất rất nhỏ của việc ấu trùng tạo được một quần thể mới.

Ấu trùng planula bơi về phía ánh sáng, thể hiện quang xu hướng tính dương, lên đến vùng nước bề mặt nơi chúng trôi dạt và phát triển một thời gian trước khi bơi trở lại xuống phía đáy biển để tìm một bề mặt mà nó có thể bám vào đó và xây dựng một quần thể mới. Nhiều giai đoạn của quá trình này có tỷ lệ thất bại lớn, và mặc dù mỗi quần thể san hô phát tán hàng triệu giao tử, chỉ có rất ít quần thể mới được hình thành. Thời gian từ khi phóng giao tử cho đến khi ấu trùng định cư thường là 2 hoặc 3 ngày, nhưng có thể kéo dài đến 2 tháng. Ấu trùng san hô phát triển thành một polip san hô và cuối cùng trở thành một đầu san hô bằng cách sinh sản vô tính tạo các polip mới.

Hầu hết các loài san hô, mà không phải san hô đá, đều không phát tán giao tử. Các loài này phóng tinh trùng nhưng giữ trứng, cho phép phát triển các ấu trùng planula lớn hơn để sau này khi thả ra sẽ đủ sẵn sàng để lắng xuống. Ấu trùng phát triển thành polip san hô và cuối cùng trở thành đầu san hô bằng mọc chồi vô tính và phát triển để tạo ra các polip mới.

Việc phóng giao tử đồng bộ thường xảy ra và rất điển hình tại các rạn san hô, ngay cả khi tại rạn có nhiều loài, tất cả san hô trên rạn phóng giao tử vào cùng một đêm. Sự đồng bộ này rất thiết yếu để các giao tử đực và cái có thể gặp nhau để tạo thành ấu trùng planula. Những dấu hiệu hướng dẫn cho việc phóng giao tử rất phức tạp, nhưng xét thời gian ngắn, nó bao gồm các thay đổi về mặt trăng, thời gian mặt trời lặn, và có thể cả tín hiệu hóa học. Việc phóng giao tử đồng thời có thể tạo ra kết quả là sự hình thành các dạng san hô lai, có lẽ tham gia vào quá trình tạo loài san hô mới. Tại một số nơi, hiện tượng san hô phóng giao tử có thể rất nổi bật, thường xảy ra vào ban đêm, nước biển vốn trong trở nên mờ đục bởi các 'đám mây' giao tử.

San hô phải phụ thuộc vào các dấu hiệu môi trường, tùy theo từng loại, để xác định thời gian chính xác để giải phóng các giao tử vào trong nước. Có hai phương pháp mà san hô dùng để sinh sản hữu tính, chúng khác nhau ở chỗ giao tử cái có được giải phóng hay không:

• San hô gieo rắc, phần lớn trong chúng sinh sản hàng loạt, phụ thuộc nặng nề vào các dấu hiệu môi trường, do ngược lại với san hô ấp trứng, chúng giải phóng cả tinh trùng lẫn trứng vào trong nước. San hô sử dụng các dấu hiệu dài hạn như độ dài thời gian ban ngày, nhiệt độ nước, và/hoặc tốc độ thay đổi nhiệt độ; và dấu hiệu ngắn hạn thông thường nhất là chu kỳ trăng, với lúc mặt trời lặn điều khiển thời gian giải phóng. Khoảng 75% các loài san hô là san hô gieo rắc, phần lớn trong chúng là phụ thuộc tảo vàng đơn bào hay san hô tạo rạn. Các giao tử với sức nổi dương trôi nổi về phía bề mặt nơi sự thụ tinh diễn ra để tạo thành các ấu trùng planula. Các ấu trùng planula bơi về phía ánh sáng bề mặt để đi vào các dòng chảy, nơi chúng ở lại khoảng 2 ngày, nhưng có thể tới 3 tuần, và trong một trường hợp đã biết là 2 tháng, sau đó chúng chìm xuống và biến hóa thành các polip và tạo thành các quần thể mới.

Vô tính

Tại các đầu san hô, các polip giống hệt nhau về di truyền sinh sản vô tính để phát triển quần thể. Điều này được thực hiện bằng nảy mầm hay mọc chồi (khi một polip mới mọc ra từ một polip trưởng thành), hoặc phân chia (thành 2 polip lớn bằng polip ban đầu), cả hai được minh họa trong hình về Orbicella annularis.

• Mọc chồi: Mở rộng kích thước của quần thể san hô. Nó diễn ra khi corallite mới mọc ra từ polip trưởng thành. Khi polip mới phát triển nó sinh ra xoang vị (dạ dày), tua cảm và miệng. Khoảng cách giữa các polip mới và trưởng thành tăng lên, và cùng với nó là coenosarc (cơ thể chung của quần thể; xem hình minh họa tại phần cấu tạo). Việc mọc chồi có thể diễn ra theo các cách sau:
• Phân chia theo chiều dọc bắt đầu với mở rộng polip ra, sau đó phân chia xoang vị. Miệng phân chia và các tua cảm mới hình thành. Khác biệt với điều này là mỗi polip phải hoàn thiện phần bị mất của mình về cơ thể và bộ xương ngoài.
• Mọc chồi nội tua cảm hình thành từ các đĩa miệng của polip, nghĩa là cả hai polip có cùng kích thước và nằm trong cùng một vòng tua cảm.
• Mọc chồi ngoại tua cảm tạo thành từ đáy của polip, và các polip mới là nhỏ hơn.
• Phân chia theo chiều ngang diễn ra khi các polip và bộ xương ngoài phân chia theo chiều ngang thành hai phần. Điều này có nghĩa là một polip có đĩa nền (đáy) còn polip kia có đĩa miệng (đỉnh). Hai polip mới cũng phải tự hoàn thiện các phần bị mất.
• Phân đôi diễn ra ở một số san hô, đặc biệt là trong họ Fungiidae, trong đó quần thể có khả năng tự tách thành 2 hay nhiều quần thể trong các giai đoạn đầu của sự phát triển của chúng.

Cả quần thể san hô có thể sinh sản vô tính qua sự phân mảnh hay thoát ra ngoài, khi một mảnh vỡ từ một đầu san hô được sóng đem đi nơi khác có thể tiếp tục phát triển tại địa điểm mới.

• Polip thoát ra ngoài diễn ra khi một polip từ bỏ quần thể và tái thiết lập trên một nền mới để tạo ra quần thể trưởng thành mới.
• Phân mảnh, trên thực tế có thể coi như là một kiểu của phân đôi, với các cá thể bị vỡ ra khỏi quần thể do bão hay trong các tình huống khác mà việc vỡ ra này có thể xảy ra. Các cá thể tách biệt có thể bắt đầu cho các quần thể mới.

Rạn san hô

Các loài san hô phụ thuộc vào tảo vàng đơn bào và tạo rạn (san hô đá) thường được tìm thấy tại các rạn san hô - các cấu trúc lớn bằng cacbonat calci tại các vùng biển nhiệt đới nông. Các rạn san hô được tạo dựng từ các bộ xương san hô và được gắn với nhau bởi các lớp cacbonat calci do tảo coralline (họ Corallinaceae) tiết ra. Rạn san hô là các hệ sinh thái biển cực kỳ đa dạng, là nơi sinh sống của hơn 4.000 loài cá, vô số loài thích ti (Cnidaria), thân mềm, giáp xác và nhiều động vật khác.

Lịch sử địa chất

Mặc dù san hô xuất hiện lần đầu tiên vào kỷ Cambri cỡ 542 triệu năm trước (Ma), nhưng các hóa thạch là cực hiếm cho tới tận kỷ Ordovic, khoảng 100 triệu năm muộn hơn, khi các bộ san hô bốn tia (Rugosa) và san hô vách đáy (Tabulata) trở nên phổ biến.

San hô vách đáy xuất hiện trong các lớp đá vôi và đá phiến sét chứa calci thuộc các kỷ Ordovic và Silur, và thông thường tạo thành các lớp đệm thấp hoặc các khối tạo nhánh kề bên san hô bốn tia. Số lượng của chúng bắt đầu suy giảm trong giai đoạn giữa kỷ Silur và cuối cùng chúng tuyệt chủng vào cuối kỷ Permi, khoảng 250 Ma. Các bộ xương của san hô vách đáy được tạo thành từ một dạng khoáng hóa của cacbonat calci gọi là calcit.

San hô bốn tia trở thành nhóm thống lĩnh vào giữa kỷ Silur, và bị tuyệt chủng vào đầu kỷ Trias. San hô bốn tia tồn tại dưới dạng đơn độc và quần thể, và giống như san hô vách đáy, bộ xương của chúng cũng được tạo thành từ từ calcit.

San hô đá (Scleractinia) lấp đầy các hốc sinh thái bị bỏ trống do sự tuyệt chủng của san hô bốn tia và san hô vách đáy. Các hóa thạch của chúng có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong các lớp đá từ kỷ Trias, và trở thành tương đối phổ biến trong các lớp đá từ kỷ Jura và các kỷ muộn hơn. Các bộ xương của san hô đá được tạo thành từ một dạng của cacbonat calci gọi là aragonit. Mặc dù về mặt địa chất chúng là trẻ hơn so với san hô vách đáy và san hô bốn tia, nhưng bộ xương từ aragonit của chúng lại khó bảo tồn hơn và vì thế hồ sơ hóa thạch của chúng là ít hoàn hảo hơn.

Ở một giai đoạn nhất định trong quá khứ địa chất, san hô đã từng rất phổ biến, cũng như san hô hiện đại trong các vùng nước trong và ấm khu vực nhiệt đới tại một số nơi nhất định của thế giới ngày nay. Giống như san hô hiện đại, các tổ tiên của chúng cũng tạo rạn đá ngầm, một số trong chúng hiện nay là các cấu trúc lớn trong các loại đá trầm tích.

Các cấu trúc san hô cổ đại này không hẳn chỉ bao gồm san hô mà còn có sự hiện diện của tảo biển, hải lý và dấu tích của nhiều loài động vật như nhím biển, tôm hùm, sứa, ốc sên và nhện biển đã từng sống trên chúng. Điều này làm cho những mẫu san hô này trở thành những tài liệu quý giá, giúp các nhà địa chất xác định tuổi đá mà chúng được tìm thấy.

Không chỉ giới hạn trong các rạn san hô, nhiều loài san hô cũng có thể được tìm thấy trong các lớp đất sét mà không có sự hiện diện của các rạn san hô, ví dụ như chi Cyclocyathus trong thành hệ đất sét Gault ở Anh.

Môi trường sống ảnh hưởng đến san hô.

San hô rất nhạy cảm với những thay đổi trong môi trường tự nhiên. Các nhà khoa học đã dự báo rằng đến năm 2030, hơn 50% các rạn san hô trên thế giới có thể sẽ bị tàn phá; vì thế, chúng thường được bảo vệ bởi các chính sách môi trường nghiêm ngặt. Một rạn san hô có thể dễ bị ô nhiễm nếu nước biển quá nhiều dinh dưỡng. San hô cũng sẽ chết nếu nhiệt độ nước thay đổi quá nhanh hoặc độ mặn trong nước giảm. Điều hiển nhiên đầu tiên của stress môi trường là việc san hô thải tảo đơn bào và không có sự phát triển của tảo đơn bào cộng sinh; khi mà các mô san hô mất màu và lộ xương carbonat canxi, tạo nên hiện tượng gọi là san hô trắng.

Hiện nay nhiều chính quyền đã áp đặt lệnh cấm khai thác san hô từ rạn san hô để giảm thiệt hại do các hoạt động lặn sử dụng bình dưỡng khí. Tuy nhiên, san hô vẫn gặp rủi ro từ mỏ neo của tàu thủy và các hoạt động của ngư dân. Các chiến dịch tuyên truyền đã được triển khai tại những khu vực nơi ngư dân địa phương gây thiệt hại cho rạn san hô, nhằm nâng cao nhận thức về hệ sinh thái và bảo vệ san hô.

Hốc sinh thái hẹp mà san hô chiếm dụng, và sự phụ thuộc của các loài san hô đá (Scleractinia) vào sự ổn định của cacbonat calci, có ý nghĩa rằng chúng rất nhạy cảm với sự thay đổi pH của nước. Với sự tăng CO₂ trong khí quyển, hiện tượng axit hóa đại dương, khi CO₂ tan trong nước làm giảm pH, đang diễn ra trên toàn cầu. Độ pH thấp ảnh hưởng đến khả năng san hô tạo xương cacbonat calci, và trong trường hợp cực đoan, các khung xương này có thể tan rã hoàn toàn. Các nhà khoa học lo ngại rằng, nếu không có giảm CO₂ mạnh mẽ và kịp thời từ hoạt động con người, hiện tượng axit hóa đại dương có thể gây thiệt hại nghiêm trọng hoặc tiêu diệt các loài san hô và hệ sinh thái liên quan.

Sự kết hợp của các thay đổi về nhiệt độ, ô nhiễm, sự lạm dụng của các lặn biển và các nhà sản xuất đồ trang sức đã góp phần vào sự hủy hoại của nhiều rạn san hô trên thế giới. Điều này đã tăng tầm quan trọng của lĩnh vực sinh thái học san hô. Riêng các biến đổi khí hậu có thể dẫn đến thay đổi nhiệt độ đủ để tiêu diệt san hô. Ví dụ, trong giai đoạn nóng năm 1997-1998, tất cả các cộng đồng san hô Millepora boschmai gần Panama đã chuyển sang màu bạc và chết trong vòng 6 năm - loài này hiện đã bị coi là đã tuyệt chủng.

San hô nhân tạo

San hô nhân tạo là các cấu trúc san hô được tạo ra bởi con người với mục đích bảo tồn, nghiên cứu và tạo môi trường sống cho động vật biển trong san hô, cũng như là điểm thu hút du lịch. Các kỹ thuật làm san hô nhân tạo như sử dụng giá thể, các vật liệu như pozzolana, xi măng và calci hydroxide, cũng như phương pháp cấy giống, hiện nay được áp dụng rộng rãi. Trong quá trình làm san hô nhân tạo, cần phải tránh sự bám tảo biển vì nó có thể gây hại và làm ô nhiễm cho san hô. Các hồ san hô nhân tạo ngày nay rất thu hút du khách, ví dụ như hồ san hô nhân tạo tại Nha Trang do Việt Nam phối hợp với Nga thực hiện. Mặc dù san hô có quá trình phục hồi chậm, nhưng hy vọng một ngày nào đó chúng sẽ phục hồi hoàn toàn.

Ảnh của san hô

Chú thích

Liên kết ngoài

• Nhận dạng san hô theo phân loại và hình thái Lưu trữ 2008-05-09 tại Wayback Machine
• San hô có thể biến đổi bộ xương của chúng để thích nghi với thay đổi tính chất hóa học của nước biển - LiveScience.com
• Sinh khoáng hóa trong san hô hiện đại và hóa thạch Lưu trữ 2008-05-02 tại Wayback Machine